Установка подготовки газа

Изобретение относится к газовой и нефтяной промышленности, а именно к установкам подготовки газа адсорбционным способом, и может быть использовано в газовой, нефтяной, нефтехимической, химической отраслях промышленности на установках подготовки газа.

Известна установка адсорбционной осушки газа (Линд В. Особенности и преимущества адсорбционной подготовки газа / В. Линд, А. Крячкова // Нефтегаз. - 2004. - №4. - С.81-84), содержащая входной сепаратор, дроссель и адсорберы, верх которых соединен с линией подачи газа, линией подачи газа охлаждения и линией отвода отработанного газа регенерации, а низ - с линией отвода подготовленного газа, линией отвода газа охлаждения и линией подачи газа регенерации, при этом линия отвода подготовленного газа соединена с фильтрующим устройством, линия отвода газа охлаждения соединена с печью, линия отвода отработанного газа регенерации соединена через воздушный холодильник с сепаратором высокого давления, а линия подачи газа охлаждения соединена с линией подачи исходного газа перед дросселем.

Недостатком известной установки является ее низкая эффективность, обусловленная недостаточным охлаждением потока отработанного газа регенерации в воздушном холодильнике.

Наиболее близкой по технической сущности и достигаемому результату является установка подготовки газа (патент РФ на изобретение №2367505 С1, МПК B01D 53/02, B01D 53/26. Установка подготовки газа. / Аджиев А.Ю., Белошапка А.Н., Килинник А.В., Морева Н.П., Хуснудинова А.А., Мельчин В.В.; №2007146495/15; заявл. 12.12.2007; опубл. 20.09.2009, Бюл. №26. - 9 с), включающая дроссель, входной сепаратор, адсорберы, верх которых соединен с линией подачи газа, линией подачи газа охлаждения и линией отвода отработанного газа регенерации, а низ соединен с линией отвода подготовленного газа, линией отвода газа охлаждения и линией подачи газа регенерации, фильтрующее устройство, печь, сепаратор высокого давления, при этом линия отвода подготовленного газа соединена с фильтрующим устройством, линия отвода газа охлаждения соединена с печью, линия отвода отработанного газа регенерации соединена с сепаратором высокого давления, а линия подачи газа охлаждения соединена с линией подачи исходного газа перед дросселем, входной сепаратор установлен после дросселя, выход газа из входного сепаратора соединен с дополнительно установленным первым рекуперативным теплообменником, выход газа из которого соединен с адсорберами, линия отвода газа охлаждения соединена с печью через дополнительно установленный второй рекуперативный теплообменник, линия отвода отработанного газа регенерации последовательно соединена со вторым и первым рекуперативными теплообменниками и сепаратором высокого давления, а линия отвода отработанного газа регенерации из сепаратора высокого давления соединена с линией подачи исходного газа перед входным сепаратором, при этом линия подачи газа охлаждения соединена с дополнительно установленным фильтром-сепаратором, выход из которого соединен с верхом адсорберов, а сепаратор высокого давления последовательно соединен с дополнительно установленными сепараторами среднего и низкого давления, при этом на линии отвода отработанного газа регенерации между первым рекуперативным теплообменником и сепаратором высокого давления установлен пропановый холодильник, а на линии отвода отработанного газа регенерации и на линии отвода газа охлаждения перед вторым рекуперативным теплообменником установлены фильтры.

Недостатком известной установки подготовки газа является ее низкая эффективность вследствие ограниченного температурного диапазона работы пропанового холодильника, что способствует низкой выработки жидких углеводородов, так как изменение температурного диапазона в сторону понижения температуры вызывает образование гидратов.

Задачей изобретения является усовершенствование установки подготовки газа, обеспечивающее повышение эффективности ее работы.

Техническим результатом является увеличение выхода жидких углеводородов и исключение образования гидратов.

Технический результат достигается тем, что установка подготовки газа включает регулирующий клапан, входной сепаратор, адсорберы, верх которых соединен с линией подачи исходного газа, линией подачи газа охлаждения и линией отвода насыщенного газа регенерации, а низ соединен с линией отвода подготовленного газа, линией отвода газа охлаждения и линией подачи газа регенерации, фильтрующее устройство, печь, сепаратор высокого давления, который последовательно соединен с сепараторами среднего и низкого давления, при этом линия подачи исходного газа проходит через регулирующий клапан и соединена с входным сепаратором, выход газа из входного сепаратора соединен с первым рекуперативным теплообменником, выход газа из которого соединен с верхом адсорберов, линия отвода подготовленного газа соединена с фильтрующим устройством, при этом линия подачи газа охлаждения соединена с линией подачи исходного газа перед регулирующем клапаном и соединена с фильтром-сепаратором, выход газа из которого соединен с верхом адсорберов, а линия отвода газа охлаждения последовательно соединена с фильтрующим устройством, вторым рекуперативным теплообменником и печью, линия подачи газа регенерации соединена с низом адсорберов, а линия отвода насыщенного газа регенерации последовательно соединена с фильтрующим устройством, вторым рекуперативным теплообменником, первым рекуперативным теплообменником, пропановым холодильником и сепаратором высокого давления, при этом линия отвода газового конденсата из сепаратора высокого давления через дроссель соединена с сепаратором среднего давления, в котором линия отвода газового конденсата через дроссель соединена с сепаратором низкого давления, а линия отвода отработанного газа регенерации из сепаратора высокого давления соединена с линией подачи исходного газа после регулирующего клапана перед входным сепаратором, при этом установка подготовки газа дополнительно содержит подпиточную емкость, выход которой соединен через линию подачи метанола с линией насыщенного газа регенерации между первым рекуперативным теплообменником и пропановым холодильником, и блок регенерации метанола, вход которого соединен с линией отвода технической воды из сепаратора высокого давления, а выход соединен через линию подачи регенерированного метанола с линией насыщенного газа регенерации между первым рекуперативным теплообменником и пропановым холодильником и содержит сообщенные между собой входной рекуперативный теплообменник, выход из которого соединен со средней частью ректификационной колонны, верхняя часть колонны сообщена с аппаратом воздушного охлаждения, рефлюксной емкостью и насосом, сообщенным с ректификационной колонной и линией отвода регенерированного метанола, а нижняя часть ректификационной колонны через линию отвода технической воды последовательно сообщена с ребойлером, насосом и входным рекуперативным теплообменником.

Исключение образования гидратов достигается тем, что установка подготовки газа содержит дополнительно установленную между первым рекуперативным теплообменником и пропановым холодильником подпиточную емкость метанола и блок регенерации метанола, вход которого соединен с линией отвода технической воды из сепаратора высокого давления, а выход через линию регенерированного метанола - с линией насыщенного газа регенерации между первым рекуперативным теплообменником и пропановым холодильником. Их установка обеспечивает непрерывную подачу метанола в поток насыщенного газа регенерации и его восстановление из технической воды сепаратора высокого давления, что способствует увеличению температурного диапазона работы пропанового холодильника и снижению температуры насыщенного газа регенерации до минус 15°C. При охлаждении насыщенного газа регенерации до температуры минус 15°C вырабатывается дополнительное количество стабильного конденсата и исключается возможность образования гидратов, так как используемый ингибитор гидратообразования метанол, легко растворяется в воде, снижает парциальное давление водяных паров раствора и способствует дополнительному переходу водяных паров из газа в раствор, таким образом, дополнительно осушая газ.

Снижение количества тяжелых углеводородов в отработанном газе регенерации обеспечивает большее поглощение углеводородов адсорбентом из сырьевого потока, поскольку неизвлеченные из отработанного газа регенерации углеводороды являются балластом, который снижает эффективность работы установки.

Понижение температуры насыщенного газа регенерации пропановым холодильником ниже минус 15°С нецелесообразно, так как дальнейшая ступенчатая дегазация углеводородного конденсата в сепараторах среднего и низкого давлений при более низких температурах (ниже минус 21,5°С и минус 27°С соответственно) не обеспечит достаточного отделения легких углеводородов (C₁-С₄) для получении стабильного конденсата с давлением насыщенных паров не более 500-700 мм рт.ст при 38°С по ГОСТу Р 54389-2011 «Конденсат газовый стабильный».

Оптимальный режим получения стабильного конденсата подбирают расчетным и опытным путем на каждом производстве газовой и нефтяной промышленности индивидуально в зависимости от состава, расхода исходного углеводородного газа, количества вырабатываемого углеводородного конденсата и затрат на эксплуатацию.

На фиг. 1 представлена технологическая схема установки подготовки газа. На фиг. 2 представлена схема блока регенерации метанола установки подготовки газа.

Установка подготовки газа содержит регулирующий клапан 1, входной сепаратор 2, соединенный с адсорберами 3-6 через первый рекуперативный теплообменник 7. Верх адсорберов 3-6 соединен с линией подачи исходного газа I, линией подачи газа охлаждения II и линией отвода насыщенного газа регенерации III, а низ - с линией отвода подготовленного газа IV, линией отвода газа охлаждения V, и линией подачи газа регенерации VI. Адсорберы 3-6 работают периодически: два адсорбера работают параллельно в цикле адсорбции, один находится в цикле регенерации, один в цикле охлаждения. Линия подачи исходного газа I через регулирующий клапан 1 последовательно соединена с входным сепаратором 2, первым рекуперативным теплообменником 7 и с верхом адсорберов 3-6. Линия подачи газа охлаждения II соединена с верхом адсорберов 3-6 через фильтр-сепаратор 8. Линия отвода подготовленного газа IV из адсорберов 3-6 соединена с фильтрующим устройством 12. Линия отвода газа охлаждения V из адсорберов 3-6 последовательно соединена с фильтрующим устройством 13, вторым рекуперативным теплообменником 10 и печью 14, выход которой через линию подачи газа регенерации VI соединен с низом адсорберов 3-6. Линия отвода насыщенного газа регенерации III из адсорберов 3-6 последовательно соединена с фильтрующим устройством 9, вторым рекуперативным теплообменником 10, первым рекуперативным теплообменником 7, пропановым холодильником 17 и сепаратором высокого давления 11. Линия отвода отработанного газа регенерации IX из сепаратора высокого давления 11 соединена с линией подачи исходного газа I после регулирующего клапана 1 перед входным сепаратором 2. Линия отвода газового конденсата X из сепаратора высокого давления 11 через дроссель 19 соединена с сепаратором среднего давления 15. Линия отвода газового конденсата XI из сепаратора среднего давления 15 через дроссель 20 соединена с сепаратором низкого давления 16, выход из которого соединен через линию отвода стабильного конденсата XII.

Линия подачи метанола XIII из подпиточной емкости 21 соединена с линией отвода насыщенного газа регенерации III между первым рекуперативным теплообменником 7 и пропановым теплообменником 17.

Линия отвода технической воды VII, содержащая метанол, из сепаратора высокого давления 11 соединена с установленным в блоке регенерации метанола 18, входным рекуперативным теплообменником 22, выход из которого соединен со средней частью ректификационной колонны 23, верхняя ее часть сообщена с аппаратом воздушного охлаждения 24, рефлюксной емкостью 25 и насосом 26, сообщенным с ректификационной колонной 23 и линией отвода регенерированного метанола VIII, а нижняя часть ректификационной колонны 23 через линию отвода технической воды XIV последовательно сообщена с ребойлером 27, насосом 28 и входным рекуперативным теплообменником 22.

Все трубопроводы снабжены запорно-регулирующей арматурой.

Установка работает следующим образом: исходный газ с давлением 64 ат и температурой 20°С в количестве 1900000 нм³/ч и с плотностью 0,699 кг/м поступает на установку подготовки газа. Предварительно от общего потока исходного газа по линии подачи исходного газа I перед регулирующим клапаном 1 отбирают часть потока в линию подачи газа охлаждения II в количестве 113400 кг/ч для проведения процессов регенерации и охлаждения. По линии подачи исходного газа I основной поток газа проходит через регулирующий клапан 1, вследствие чего давление исходного потока газа снижается до давления 61 ат, объединяется с отработанным газом регенерации из линии отвода отработанного газа регенерации IX, выходящим из сепаратора высокого давления 11, и поступает во входной сепаратор 2, позволяющий более полно удалить из потока газа капельную жидкость. Далее газ по линии подачи исходного газа I проходит первый рекуперативный теплообменник 7 и поступает на адсорбционную осушку, которая проводится по четырехадсорберной схеме в адсорберах 3-6 (количество адсорберов зависит от номинального расхода исходного газа). При работе установки два адсорбера 3,4 работают параллельно в цикле адсорбции, адсорбер 6 находится в цикле регенерации, а адсорбер 5 в цикле охлаждения. Исходный газ по линии подачи исходного газа I проходит сверху вниз через адсорберы 3,4, где осушается до температуры точки росы по воде от минус 5°С до минус 60°С и по углеводородам от 0°С до минус 50°C. Подготовленный газ по линии отвода подготовленного газа IV из адсорберов 3,4 поступает в фильтрующее устройство 12, где происходит улавливание унесенной потоком газа пыли адсорбента и затем поступает в магистральный газопровод. После завершения цикла адсорбции адсорберы 3, 4 переводят в цикл регенрации и далее охлаждения.

В качестве газа регенерации и охлаждения используется часть потока исходного газа из линии подачи исходного газа I, отбираемого перед регулирующим клапаном 1. Газ охлаждения по линии подачи газа охлаждения II с расходом 113400 кг/ч проходит фильтр-сепаратор 8 и поступает в адсорбер 5 сверху вниз. После адсорбера 5 газовый поток через линию отвода газа охлаждения V проходит через фильтрующее устройство 13, второй рекуперативный теплообменник 10, где происходит нагрев потоком газа проходящим через линию отвода насыщенного газа регенерации III, и направляется в печь 14. Нагретый до температуры 260°С (температурный режим печи зависит от вида адсорбента и избыточного давления режима регенерации) газ по линии подачи газа регенерации VI поступает снизу-вверх в адсорбер 6 на регенерацию адсорбента.

Насыщенный газ регенерации по линии отвода насыщенного газа регенерации III после адсорбера 6 последовательно проходит фильтрующее устройство 9, второй и первый рекуперативный теплообменники 10 и 7. Во время работы установки перед тем как снижать температуру насыщенного газа регенерации в пропановом холодильнике 17, проводят аналитический контроль содержания воды в насыщенном газе регенерации для определения температуры гидратообразования. Например, при содержании в насыщенном газе регенерации 0,87 мас.% воды, что соответствует расходу 990,9 кг/ч воды при расходе газа регенерации 113400 кг/ч, температура гидратообразования насыщенного газа регенерации составляет 11°C. Выработка стабильного конденсата при температуре 11°C насыщенного газа регенерации составляет 8679 кг/ч.

Для понижения температуры насыщенного газа регенерации до минус 15°C с целью увеличения выработки углеводородного конденсата в поток насыщенного газа регенерации необходимо подавать ингибитор гидратообразования - метанол в количестве 888,2 кг/ч. Метанол предотвратит образование гидратов при температуре насыщенного газа регенерации минус 15°C. При этом концентрация метанола в технической воде сепаратора высокого давления 11 составит 43,7 мас.%. Также проводят аналитический контроль температуры замерзания технической воды в сепараторе высокого давления 11. При концентрации метанола в технической воде, равной 43,7%, температура замерзания составит минус 40°С, что не приведет к замерзанию технической воды в сепараторе высокого давления.

Понижение температуры насыщенного газа регенерации (с содержанием воды 0,87 мас.%) до минус 15°C увеличит выработку стабильного конденсата на 23% и составит 10680 кг/ч с давлением насыщенных паров не более 500-700 мм рт.ст. при 38°C по ГОСТу Р 54389 -2011 «Конденсат газовый стабильный». Подача метанола в поток насыщенного газа регенерации, в количестве 888,2 кг/ч предотвратит образование гидратов при температуре насыщенного газа регенерации минус 15°C, так как температура гидратообразования насыщенного газа регенерации при этом количестве 888,2 кг/ч метанола составляет ниже минус 15°C.

После подачи концентрированного метанола по линии подачи метанола XIII (первоначально метанол подается из подпиточной емкости 21) в количестве 888,2 кг/ч в поток насыщенного газа регенерации III между первым рекуперативным теплообменником 7 и пропановым холодильником 17 насыщенный газ регенерации по линии отвода насыщенного газа регенерации III направляют в пропановый холодильник 17 на охлаждение до температуры минус 15°C, а затем в сепаратор высокого давления 11, где от насыщенного газа регенерации отделяются техническая вода в количестве 1827,2 кг/ч с содержанием метанола 43,7% и углеводородный конденсат в количестве 11770 кг/ч.

Отработанный газ регенерации по линии отвода отработанного газа регенерации IX из сепаратора высокого давления 11 с расходом 100800 кг/ч объединяется с основным потоком газа по линии подачи исходного газа I после регулирующего клапана 1.

Техническая вода по линии отвода технической воды VII из сепаратора высокого давления 11 с содержанием метанола 43,7% в количестве 1827,2 кг/ч и температурой минус 15°C поступает в блок регенерации метанола 18 с целью восстановления высококонцентрированного метанола (94 мас.%) из технической воды, в котором проходит через входной рекуперативный теплообменник 22, где нагревается до температуры 18,4°С и поступает в среднюю часть ректификационной колонны 23, сверху колонны отводятся пары метанола с температурой 74°C и давлением 1 ат и поступают в аппарат воздушного охлаждения 24, в котором пары метанола охлаждаются до температуры 20°C, и далее жидкостной поток регенерированного метанола поступает в рефлюксную емкость 25, откуда насосом 26 часть потока регенерированного метанола подается на верх колонны 23 в качестве орошения, а балансовое количество регенерированного метанола по линии отвода регенерированного метанола VIII поступает в поток насыщенного газа регенерации по линии отвода насыщенного газа регенерации III между пропановым холодильником 17 и рекуперативным теплообменником 7. При этом блок регенерации метанола 18 обеспечивает бесперебойную подачу высококонцентрированного метанола (94 мас.%) в поток насыщенного газа регенерации по линии отвода насыщенного газа регенерации III. Вследствие уноса метанола с отработанным газом регенерации и углеводородным конденсатом предусмотрена подпитка свежего концентрированного метанола в поток насыщенного газа регенерации из подпиточной емкости 21. Снизу колонны 23 кубовый остаток с давлением 1,2 ат поступает в ребойлер 27, в котором нагревается до температуры 104°C. Паровая фаза из ребойлера 27 подается в кубовую часть колонны 23 для поддержания ее температурного режима, а жидкостной поток технической воды по линии отвода технической воды XIV (концентрация метанола в технической воде по линии XIV составляет не более 6% масс.) последовательно соединен с насосом 28 и рекуперативным теплообменником 22, в котором отдает тепло потоку технической воды по линии отвода технической воды VII из сепаратора высокого давления 11 и с температурой 20°С отводится в дренаж.

В случае вывода в резерв, ремонт и т.д. блока регенерации метанола 18 техническая вода из сепаратора высокого давления 11 отводится в дренаж.

Нестабильный газовый конденсат по линии отвода газового конденсата X из сепаратора высокого давления 11 с расходом 11770 кг/ч проходит через дроссель 19, вследствие чего происходит дросселяция потока газового конденсата по линии отвода газового конденсата X со снижением температуры до минус 21,5°С и поступает в сепаратор среднего давления 15, где поддерживается давление 20 ат. В сепараторе среднего давления 15 происходит за счет снижения давления частичная дегазация газового конденсата. Выделившиеся при этом газ дегазации (легкие углеводороды) с расходом 690 кг/ч направляются в топливную сеть установки, а нестабильный газовый конденсат по линии отвода газового конденсата XI из сепаратора среднего давления 15 в количестве 11080 кг/ч проходит через дроссель 20, вследствие чего происходит дросселяция потока газового конденсата по линии отвода газового конденсата XI со снижением температуры до минус 27°C и поступает в сепаратор низкого давления 16, где поддерживается давление 1 ат для окончательной дегазации (стабилизации). Выделившийся при этом газ дегазации с расходом 400 кг/ч сбрасывается на факел, а поток стабильного конденсата по линии отвода стабильного конденсата XII из сепаратора низкого давления 16 с расходом 10680 кг/ч подается в резервуарный парк стабильного конденсата на хранение.

Концентрация остаточного метанола в технической воде сепараторов среднего и низкого давлений составляет 85 мас.%. Данная концентрация обеспечивает безгидратный режим получения стабильного конденсата и не приведет к замерзанию технической воды в сепараторах среднего и низкого давлений.